У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке каталізатори і для чого їх використовують;
• чому каталізатор може прискорювати реакцію;
• як впливає величина площі поверхні реагуючих речовин на швидкість реакції.
Одним із найпоширеніших методів прискорення хімічних реакцій (крім підвищення температури, тиску) є використання каталізаторів — речовин, які змінюють швидкість хімічної реакції.
Демонстраційний дослід
Залежність швидкості хімічної реакції від наявності каталізатора та площі його поверхні
• Розкладання гідроген пероксиду без каталізатора й за наявності MaHraH(IV) оксиду
У пробірку доливають 2 мл гідроген пероксиду і вносять тліючу скіпку. Зміни в яскравості тління скіпки практично не спостерігається.
Виймають тліючу скіпку з пробірки і вносять до неї один мікрошпатель манган^ оксиду. Спостерігається енергійне розкладання гідроген пероксиду з виділенням газу. Під час повторного внесення в пробірку тліючої скіпки вона яскраво розгоряється — газ підтримує горіння. Отже, виділяється кисень:
• Взаємодія алюмінієвого порошку з йодом за наявності води
У фарфоровій чашці змішують два мікрошпателі порошку або пудри алюмінію та один мікрошпатель кристалічного йоду. Реакція практично не відбувається.
На одержану суміш діють краплинкою води. Спостерігається бурхлива реакція утворення алюміній йодиду зі значним виділенням теплоти:
За рахунок тепловиділення відбувається возгонка йоду — про це свідчить пара фіолетового кольору, що піднімається над чашкою.
Отже, у першому досліді роль каталізатора відіграє манган^ оксид, а в другому — вода.
Механізм дії багатьох видів каталізаторів до кінця ще не досліджений. У нашому досліді можна припустити, що I2, хоча й незначною мірою порівняно з Cl2 і Br2, взаємодіє з водою
з утворенням йодидної HI та гіпойодитної HIO кислот. Потім HI переводить алюміній у сіль:
Водень у момент виділення дуже активний і може відновлювати гіпойодитну кислоту:
Отже, кількість води як каталізатора поновлюється.
Від чого ж залежить активність каталізатора? Як її можна підвищити? Активність деяких каталізаторів обумовлена тим, що проміжна реакційно спроможна сполука утворюється на поверхні каталізатора. Цілком природно, що активність таких каталізаторів залежить від площі та властивостей його поверхні. Що більша поверхня, то ефективніша результативність зіткнень частинок реагуючих між собою речовин.
Демонстраційний дослід
Залежність швидкості хімічної реакції від площі поверхні зіткнення реагуючих речовин
Урівноважують на терезах шматочок мармуру (масою приблизно 0,2 г) і порцію мармуру у вигляді порошку. Готують дві пробірки з однаковим об’ємом хлоридної кислоти (близько 1/2 об’єму пробірки). Одночасно струшують з папірців шматочок мармуру в одну пробірку, порошок — у другу. У якій із пробірок реакція відбувається швидше? Чому?
Основні поняття. Каталізатор. Поверхня зіткнення.
Запитання та завдання
1. Назвіть методи прискорення хімічних реакцій. Який найпоширеніший?
2. Які речовини називають каталізаторами?
3. У чому полягає вплив каталізатора на швидкість хімічної реакції?
4. Чим обумовлена активність каталізаторів?
5. Як зміниться об’єм ацетилену С2Н2, що виділився в реакції
якщо шматочок кальцій карбіду СаС2 масою 10 г розбити на 100 частин?
а) Зросте приблизно в 10 разів; в) не зміниться;
б) зросте приблизно в 100 разів; г) збільшиться приблизно
в 1000 разів.
*6. Швидкість реальних процесів залежить від сукупної дії кількох чинників. Зробіть припущення, де швидше іржавітиме залізо:
а) у помешканні; г) на світлому боці Місяця;
б) у пустелі; ґ) на вершині Евереста;
в) у джунглях; д) в Антарктиді.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)